后向散射式激光雷達(dá)能見度儀系統(tǒng)設(shè)計及回波信號預(yù)處理
本文關(guān)鍵詞:后向散射式激光雷達(dá)能見度儀系統(tǒng)設(shè)計及回波信號預(yù)處理
更多相關(guān)文章: 能見度 激光雷達(dá) 系統(tǒng)設(shè)計 形態(tài)濾波 經(jīng)驗?zāi)J椒纸?/b>
【摘要】:能見度表征著大氣的光學(xué)狀態(tài),是氣象觀測的重要項目之一,對交通運輸、軍事國防等都有著重要意義。激光雷達(dá)因為其波長短、靈敏度高、分辨率高等優(yōu)勢,成為觀測大氣能見度的新型工具。本文基于大氣后向散射原理,完成了一臺小型激光雷達(dá)能見度儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。該儀器具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用安全、小巧便攜等優(yōu)點,適用于水平能見度及斜程能見度的測量。文中主要探討了激光雷達(dá)重要器件的選擇以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定,并仔細(xì)分析了激光雷達(dá)回波信號的噪聲特性以及信噪比的估算方法。由于噪聲的影響,使得回波信號中的有用信號非常微弱,影響了激光雷達(dá)的探測距離以及探測精度。因此,本文對激光雷達(dá)回波信號的預(yù)處理做了詳細(xì)的研究。針對回波信號是一種非線性信號的特點,采用了形態(tài)濾波以及經(jīng)驗?zāi)J椒纸夥謩e對其作去噪處理。首先,詳細(xì)敘述了兩種算法的原理,其次,由實驗結(jié)果分析算法的特性并作了激光雷達(dá)回波信號去噪實驗,最后,根據(jù)經(jīng)驗?zāi)J椒纸馑惴ㄈピ霑r會產(chǎn)生失真的問題,分析其原因,針對性的提出了形態(tài)-EMD組合算法,利用自適應(yīng)多尺度形態(tài)濾波去除間歇現(xiàn)象干擾。經(jīng)過實驗結(jié)果的對比,證明了其行之有效,很好的抑制了之前的去噪失真問題。
【關(guān)鍵詞】:能見度 激光雷達(dá) 系統(tǒng)設(shè)計 形態(tài)濾波 經(jīng)驗?zāi)J椒纸?/strong>
【學(xué)位授予單位】:中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:P415.33;TN958.98
【目錄】:
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第一章 緒論10-14
- 1.1 能見度探測的研究意義10-11
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
- 1.3 主要工作與論文結(jié)構(gòu)12-14
- 第二章 激光雷達(dá)能見度儀的系統(tǒng)設(shè)計14-23
- 2.1 激光雷達(dá)能見度儀的測量原理14-15
- 2.1.1 激光雷達(dá)探測大氣能見度的物理基礎(chǔ)14-15
- 2.1.2 激光雷達(dá)大氣能見度測量原理15
- 2.2 激光雷達(dá)能見度儀的系統(tǒng)設(shè)計15-22
- 2.2.1 激光發(fā)射單元16-17
- 2.2.2 光學(xué)接收單元17-18
- 2.2.3 信號探測單元18-19
- 2.2.4 數(shù)據(jù)采集單元19-20
- 2.2.5 控制及數(shù)據(jù)處理單元20
- 2.2.6 門控電路20-21
- 2.2.7 收發(fā)同步校準(zhǔn)21-22
- 2.3 小結(jié)22-23
- 第三章 激光雷達(dá)回波信號分析23-30
- 3.1 激光雷達(dá)方程23
- 3.2 雷達(dá)回波噪聲分析23-25
- 3.2.1 光電探測器中的噪聲24-25
- 3.2.2 天空背景光噪聲25
- 3.3 回波信號信噪比分析25-29
- 3.3.1 激光雷達(dá)信噪比方程26
- 3.3.2 激光脈沖能量對信噪比的影響26-27
- 3.3.3 濾光片半寬度對信噪比的影響27-28
- 3.3.4 激光脈沖發(fā)射數(shù)目對信噪比的影響28-29
- 3.4 小結(jié)29-30
- 第四章 形態(tài)濾波在回波信號去噪上的應(yīng)用30-41
- 4.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論30-35
- 4.1.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本原理30-31
- 4.1.2 結(jié)構(gòu)元素的選取31-32
- 4.1.3 基本形態(tài)變換與運算方式的選取32-35
- 4.2 形態(tài)濾波去噪實驗35-41
- 4.2.1 不同信號相同結(jié)構(gòu)元素去噪實驗35-36
- 4.2.2 相同信號不同結(jié)構(gòu)元素去噪實驗36-38
- 4.2.3 相同信號相同形狀但不同尺度結(jié)構(gòu)元素去噪實驗38-39
- 4.2.4 激光雷達(dá)回波信號去噪實驗39-41
- 第五章 使用經(jīng)驗?zāi)J椒纸鈱す饫走_(dá)回波信號去噪41-51
- 5.1 EMD基本理論41-47
- 5.1.1 經(jīng)驗?zāi)J椒纸獾漠a(chǎn)生與發(fā)展41-42
- 5.1.2 經(jīng)驗?zāi)J椒纸獾幕驹?/span>42-44
- 5.1.3 經(jīng)驗?zāi)J椒纸獾闹饕再|(zhì)44-45
- 5.1.4 經(jīng)驗?zāi)J椒纸獯嬖诘闹饕獑栴}45-47
- 5.2 EMD去噪實驗47-51
- 5.2.1 仿真信號去噪實驗47-48
- 5.2.2 激光雷達(dá)回波信號去噪實驗48-51
- 第六章 基于自適應(yīng)多尺度形態(tài)濾波與EMD的激光雷達(dá)回波信號去噪方法51-62
- 6.1 引言51-52
- 6.2 形態(tài)濾波與EMD組合算法去噪原理52-53
- 6.2.1 產(chǎn)生模態(tài)混疊的原因52-53
- 6.2.2 使用形態(tài)濾波去除間斷事件53
- 6.3 形態(tài)濾波與EMD組合算法基本步驟53-54
- 6.4 去噪實驗54-60
- 6.4.1 仿真信號去噪實驗54-57
- 6.4.2 激光雷達(dá)回波信號去噪實驗57-60
- 6.5 小結(jié)60-62
- 第七章 總結(jié)62-64
- 參考文獻(xiàn)64-67
- 致謝67-68
- 攻讀碩士期間發(fā)表的論文68
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